적층 제조 지원 구조:적층 제조가 중요한 이유와 설계 방법

적층 제조는 제조 가능성의 새로운 시대를 열었습니다. 3D 프린팅 기술을 통해 복잡한 치수와 각도를 특징으로 하는 이전에는 '만들 수 없는' 부품을 전례 없는 속도와 정밀도로 만들 수 있습니다. 그러나 재료가 층별로 추가되는 적층 제조 공정의 특성은 종종 부품이 인쇄 중 내부 압력(본질적으로는 중력)을 관리하기 위해 지지대가 필요하다는 것을 의미합니다. 이러한 지원이 없으면 첨가제 레이어가 주변 재료에 의해 지탱될 수 없으며 붕괴되어 인쇄가 실패합니다. 이 문제를 해결하기 위해 때때로 3D 프린팅 부품에 지지 구조를 설계해야 합니다.

속도, 품질 및 비용 측면에서 3D 프린팅 부품의 잠재력을 극대화하려면 지지 구조와 적층 제조 프로젝트에 이러한 구조를 통합하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

3D 프린팅에서 지지 구조란 무엇입니까?

지지 구조는 제조 중에 지지 재료가 없는 3D 인쇄 부품의 요소를 지지합니다. 모든 3D 프린팅 프로세스에 지지 구조가 필요한 것은 아닙니다. Stratasys FDM(Fused Deposition Modeling), DLS(Carbon Digital Light Synthesis™) 및 SLA(Stereolithography) 프로세스에는 종종 지지대가 필요하지만 HP Multi Jet Fusion은 파우더 베드 프린팅 프로세스입니다. , 그렇지 않습니다.

예를 들어 Stratasys FDM(Fused Deposition Modeling) 적층 제조 공정에서 가열된 압출 재료 층이 그 아래의 재료 레이어에 접착되어 프린트 베드에서 만들어지며 각진 표면을 만들기 위해 아래쪽 레이어에 돌출될 수 있습니다. 그 각도가 45°를 초과하면 돌출된 요소는 일반적으로 지지를 필요로 하거나 지지되지 않은 재료의 무게로 인해 요소가 무너지고 인쇄가 실패합니다.

지지대가 필요한 경우 부품 설계에 통합해야 하며 생산 시 부품에 인쇄해야 합니다. 물론 이것은 3D 프린팅 공정과 지지 구조의 후속 공정 제거 중에 필요한 추가 시간과 재료를 고려한다는 의미입니다.

예외: 모든 적층 제조 방법에 지지 구조가 필요한 것은 아닙니다. FDM(Fused Deposition Modeling)과 같은 3D 프린팅 기술은 프린트 베드에 재료 레이어를 추가하여 부품을 프린트하는 반면 HP MJF(Multi Jet Fusion)와 같은 기술은 파우더 베드에서 부품을 프린트합니다. 분말 층이 자체적으로 지지되기 때문에 HP MJF 부품 설계는 지지 구조를 통합할 필요가 없습니다.

어떤 유형의 지원 구조를 사용할 수 있습니까?

3D 프린팅 부품을 위한 지지 구조는 디자인과 유형이 다양하지만 크게 '나무'와 '울타리'의 두 가지 범주로 구성할 수 있습니다.

• 나무 지지대: 나뭇가지나 줄기를 닮은 나무 지지대는 부품을 둘러쌀 수 있으며 쉽게 제거할 수 있도록 각진 표면에 깔끔하게 맞습니다. 나무 지지대는 3D 프린팅 프로젝트의 일부로 신속하게 설계, 적용 및 테스트할 수 있으므로 신속한 반복이 가능합니다. 가지와 같은 구조로 인해 특정 지역을 지원하기 위해 멀리까지 손을 뻗을 수 있습니다.

• 울타리 지지대: 벽과 유사하고 다양한 장착 지점이 있는 울타리 지지대는 종종 격자 구조로 부품 표면에 수직으로 인쇄됩니다. 울타리 지지대는 나무 지지대보다 내구성이 뛰어나고 제거하기 쉬우며 일반적으로 장식용 조각이나 대량 생산에 더 적합합니다.

적층 제조 지원 구조는 언제 사용해야 합니까?

'45° 규칙'에 따르면 45° 이상의 3D 프린팅 돌출부는 지지가 필요하지만 45° 미만은 지지가 필요하지 않습니다.

그러나 45° 규칙은 일반적인 경험 법칙으로 간주되어야 하며 지지 구조의 필요성은 부품 설계의 복잡성과 사용되는 재료에 따라 달라집니다. 어떤 경우에는 브리징이 지지 구조에 대한 대안을 제공할 수 있습니다. 브리징은 가열된 첨가제 재료가 부품의 무결성을 손상시키지 않고 짧은 거리(보통 5mm 미만)에 걸쳐 늘어나는 기술입니다.

'YHT' 원칙:3D 인쇄된 모델로 생각할 때 수직으로 서 있을 때 Y, H 및 T 문자는 적층 제조 지지 구조의 필요성을 설명하는 데 유용합니다.

• 문자 Y: 두 개의 암은 문자 Y에서 45°로 연장됩니다. 돌출 각도는 지지 구조를 필요로 하지 않습니다. 돌출 각도가 45°를 초과할수록 지지 구조가 필요할 가능성이 높아집니다.

• 문자 H: 문자 H의 두 수직 요소가 서로 5mm 이내이면 H의 수평 요소를 브리지로 3D 인쇄할 수 있습니다. 수직 요소가 5mm 이상 떨어져 있는 경우 수평 요소에 지지 구조가 필요할 수 있습니다.

• 문자 T: 문자 T의 두 팔은 수직 요소에서 90°로 연장되며 지지 구조가 필요합니다.

돌출부 각도 외에도 다른 요소가 지지 구조의 필요성에 영향을 줄 수 있습니다. 여기에는 3D 프린터의 품질과 인쇄 속도가 포함됩니다. 예를 들어, 느린 프린터는 지지 구조의 필요성을 증가시킬 수 있습니다.

지원 구조:제조 과제

지지 구조는 많은 적층 구조에서 필요하지만 프로젝트가 궁극적으로 생성하는 폐기물의 양은 말할 것도 없고 대량 생산에서 부품 비용에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 지지 구조를 제거할 때도 분리될 때 완성된 부품이 손상되거나 표시될 수 있으므로 주의해야 합니다.

이러한 요소를 염두에 두고 3D 프린팅된 부품은 지지 구조의 필요성을 최소화하거나 제거하도록 이상적으로 설계되어야 하며, 품질, 비용 및 생산을 위해 부품을 최적화하기 위해 가능한 경우 DFAM(Design for Additive Manufacturing) 원칙을 적용해야 합니다. 시각. 다음 전략은 지원 구조의 필요성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

방향: 프린트 베드의 부품 방향은 지지 구조의 필요성에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 돌출부는 부품을 뒷면이나 측면으로 회전시켜 제거할 수 있습니다. 위의 예에서 Y, H, T 각각의 3D 모델 문자를 등받이에 놓으면 지지 구조물이나 다리가 필요하고 돌출된 요소가 완전히 제거됩니다.

부품 형상: 가능하면 설계에서 돌출부를 제거하거나 각도를 45° 미만으로 줄이십시오. 분명히 기능적 요구 사항으로 인해 돌출부를 완전히 제거하는 것이 불가능할 수 있지만 모따기, 거싯 및 반지름과 같은 대체 설계 요소를 도입하여 부품의 형상을 보다 자립적으로 만들 수 있습니다.

부품 분리: 3D 프린팅 기술을 사용하면 복잡한 단일 부품을 생산할 수 있지만 이러한 부품에 필요한 지원의 양이 품질이나 비용 효율성을 저하시키는 경우 나중에 조립할 수 있는 더 작은 구성 요소로 부품을 분할할 가치가 있을 수 있습니다. 예를 들어, 구형 부품은 상당한 지지가 필요하지만 반으로 나누고 큰 평면을 생성함으로써 지지의 필요성을 완전히 없앨 수 있습니다.

지원 밀도: 지지 구조에 가해지는 압력은 지지 구조가 얼마나 강해야 하고 이를 인쇄하는 데 필요한 재료의 양을 결정합니다. 성공적이고 비용 효율적인 인쇄를 위해서는 돌출된 요소의 크기를 지지할 수 있을 만큼 지지 구조가 조밀한지 확인하십시오. 지지 구조가 조밀할수록 인쇄 후 제거가 더 어려울 수 있음을 명심하십시오.

분해 가능한 지지체: 일부 3D 인쇄 기술은 보조 인쇄 노즐을 통해 별도의 용해 가능한 재료로 지지 구조를 인쇄할 수 있습니다. 이러한 지지 구조는 물이나 화학 물질에 잠기고 인쇄 후 용해되어 손상되지 않은 부분을 남길 수 있습니다. 용해 가능한 지지대는 지지대 구조 제거 과정에서 완성된 부품의 손상 가능성을 줄입니다. 대부분의 FDM 첨가제 재료에는 용해 가능한 지지체가 있지만 DLS 및 SLA 재료는 없습니다. HP MJF 프로세스는 지원이 전혀 필요하지 않습니다.

시작하기

지원 구조는 계속해서 대부분의 적층 제조 프로젝트에서 필수적인 역할을 할 것입니다.

목표는 항상 지지 구조의 필요성을 줄이거나 없애는 것이지만 당사 엔지니어는 기능과 비용을 위해 부품을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 귀사의 적층 제조 프로젝트를 가능하게 하는 방법에 대해 자세히 알아보려면 지금 Fast Radius 팀에 문의하십시오.

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